[论文解读] Methodologies of Link-Level Simulator and System-Level Simulator for C-V2X Communication

Donglin Wang, Raja Sattiraju+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 9, 2019

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)参考文献 5被引用 4

一句话总结

本文提出了一种用于C-V2X通信的双仿真器框架，结合链路级（LL）仿真器用于物理层性能评估，以及系统级（SL）仿真器用于网络规模性能评估。LL仿真器生成SNR-BLER映射曲线，作为链路到系统（L2S）接口，驱动SL仿真器，从而在不同车车间距离（IVD）、速度和传输频率下评估侧链C-V2X的性能，以分组接收率（PRR）作为关键性能指标。结果表明，系统性能随IVD增大和车辆速度降低而提升，而更高的传输频率则因负载增加导致PRR下降。

ABSTRACT

At the time of the development, standardization, and further improvement are vital to the modern cellular systems such as the next generation wireless communication (5G). Simulations are essential to test and optimize algorithms and procedures prior to their implementation process of the equipment manufactures. In order to evaluate system performance at different levels, accurate simulations of simple setups, as well as simulations of more complex systems via abstracted models are necessary. In this work, two new simulators for the sidelink Cooperative-Vehicle-to-Everything (C-V2X) communication have been implemented and carried out on both the physical layer (Link-Level (LL)) and network layer (System-Level (SL)). Detailed methodologies of the LL and SL simulators for C-V2X communication have been illustrated. In the LL simulator, we get the mapping curves of BLER and Signal-to-Noise-Ratio (SNR), which are used as a baseline for measuring the performance of the LL simulation. In addition, these mapping curves are used as the important Link-to-System (L2S) interfaces. The SL simulator is utilized for measuring the performance of cell networking and simulating large networks comprising of multiple eNBs and UEs. Finally, the simulation results of both simulators for CV2X communication are presented, which shows that different objectives can be met by using LL or SL simulations types.

研究动机与目标

• 开发一种标准化、模块化的C-V2X通信仿真框架，以支持5G网络的开发与优化。
• 通过提供成本效益高、可扩展的物理层与网络层性能仿真，弥补现实世界测试的局限性。
• 建立可重用的链路到系统（L2S）接口，利用SNR-BLER映射实现跨仿真层级的一致性性能评估。
• 评估关键系统参数——车车间距离（IVD）、移动速度和传输频率——对C-V2X系统性能的影响。

提出的方法

• LL仿真器使用扩展车辆A（EVA）信道模型，模拟车辆环境中瑞利衰落和多普勒效应的单链路通信。
• 生成信噪比（SNR）与块错误率（BLER）之间的映射表，作为系统级评估的核心L2S接口。
• SL仿真器利用LL仿真器生成的SNR-BLER映射，计算在包含多个eNB和UE的网络场景中多个UE的分组接收率（PRR）。
• SL仿真器中实现了一种概率算法：对每个接收机，将随机值与BLER进行比较，以判断接收是否成功，从而实现统计意义上的PRR估计。
• SL仿真器在不同IVD、移动速度（最高500 km/h）和传输频率（10 Hz和20 Hz）下评估性能，以PRR为主要性能指标。
• 仿真框架在高速公路场景中得到验证，采用3GPP Release-14侧链（PC5）模式3的网络辅助DC-V2X，其中资源分配由基站管理。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不同移动条件下，车车间距离（IVD）如何影响侧链C-V2X通信中的分组接收率（PRR）？
• RQ2 在C-V2X网络场景中，移动速度对系统性能的影响如何，特别是多普勒效应的影响？
• RQ3 在C-V2X侧链通信设置中，传输频率如何影响系统负载和PRR？
• RQ4 LL仿真器生成的SNR-BLER映射在SL仿真器中可重用的程度如何，以确保系统级性能评估的一致性与准确性？
• RQ5 在高移动性、多UE的C-V2X环境中，系统负载（UE数量）与性能（PRR）之间存在何种权衡？

主要发现

• 当所有UE以100 km/h移动时，IVD越大，PRR显著提升：从10 m时的31.56%上升至100 m时的96.49%。
• 在固定IVD为100 m时，PRR随速度增加而下降：从100 km/h时的94.50%降至500 km/h时的78.72%，主要由于多普勒扩展和信道变化加剧。
• 将传输频率从20 Hz降低至10 Hz可提升PRR：在10 m IVD下，PRR从15.67%上升至31.56%，因较低频率降低了系统负载。
• SL仿真器成功复用LL仿真器生成的SNR-BLER映射，实现了在多样化移动性和部署场景下的准确、可扩展的系统级性能评估。
• 高车辆密度和高移动性会降低系统性能，表明负载控制和基于移动性的资源分配对实现可靠C-V2X通信至关重要。